El suelo agrícola como sumidero de carbono: El caso de la “terra preta do indio”.

Alcanzar la sostenibilidad de los agroecosistemas y la lucha contra el cambio climático son objetivos que guían el trabajo de infinidad de investigadores por todo el mundo. ¿Es posible combinar ambos objetivos para alcanzar un futuro mejor? Tal vez, pero primero es necesario echar un vistazo al pasado.

La “terra preta do indio” (tierra negra del indio) es un tipo de suelo que representa una anomalía respecto de los suelos vírgenes de la selva Amazónica. La riqueza de carbono orgánico del suelo, el elevado contenido en materia orgánica, la presencia de restos cerámicos y la importante comunidad biológica en ellos instalada generan suelos de elevada fertilidad y productividad agrícola que, además, resultan de la actuación del ser humano.

Los orígenes de este tipo de suelos se remontan a las poblaciones humanas que habitaron la región de la Amazonia mucho antes de la llegada de los europeos. Su creación y difusión se produjo entre el 800 a.C y el 500 d.C (Lehmann y Joseph, 2009, 2015), datado a través de pruebas de Carbono 14.

Existen algunos indicios de que la fertilidad de estos suelos sirvió de soporte a una importante población. Gaspar de Carvajal, cronista del primer europeo en descender por el río Amazonas en 1542, Francisco de Orellana, informó que la zona estaba densamente poblada, sugiriendo niveles de población y urbanización superiores incluso a los actuales. Esta observación fue corroborada un siglo mas tarde, en 1639, por una nueva expedición capitaneada por Pedro Texeira, en la crónica del jesuita Cristóbal de Acuña. Sin embargo, expediciones de siglos posteriores no encontraron rastro de estas civilizaciones y con el paso del tiempo el relato de Carvajal pasó a ser denigrado como pura fantasía.

El comienzo de la investigación sobre este tipo de suelos data de finales XIX. Estas primeras investigaciones confirmaban la existencia de unos suelos oscuros y muy fértiles en la Amazonia sin llegar a precisar su origen (Glaser y Woods 2004). Fue durante la década de los años ochenta del siglo XX cuando se intensificó la investigación sobre estos suelos (Smith 1980) y en los últimos años ha experimentado un importante auge en la literatura científica debido a su posible utilidad como sumidero de dióxido de carbono en la lucha contra el cambio climático.

CARACTERISTICAS DIFERENCIADORAS DE LOS SUELOS “TERRA PRETA”

¿Cuáles deben ser las características que deben tener los suelos agrícolas para que sean buenos sumideros de carbono? ¿y para que sean sostenibles? ¿Hasta qué punto es viable mejorar los suelos agrícolas de todo el planeta para que sean buenos sumideros de carbono y sostenibles? Dado su origen humano ¿Sería posible utilizar la estrategia de mejora del suelo desarrollada para crear los suelos “terra preta”? Para responder a estas preguntas, en primer lugar, vamos a tratar de caracterizar lo que diferencia este tipo de suelos de otros suelos agrícolas o naturales.

Los suelos del tipo “terra preta do indio” pueden identificarse por lo siguiente:

  1. Alto contenido de materia orgánica, tanto forma de organismos del suelo (OS) como en forma de moléculas orgánicas.
  2. Son el resultado de la acción humana que enmendó el suelo añadiendo de manera continuada carbón vegetal (o biocarbón), restos de cerámica, huesos y heces de animales y otros residuos orgánicos resultantes de su actividad.
  3. Conservan la fertilidad del suelo durante largos periodos de tiempo sin necesidad de aportes externos de nutrientes.
  4. Su productividad es hasta dos veces más alta (Marris E., 2006) y contienen hasta tres veces más materia orgánica, nitrógeno y fósforo que los suelos adyacentes (Glases, 2007). Pote
  5. Su contenido en materia orgánica y organismos del suelo (hongos, bacterias, lombrices, …) hace que su densidad aparente sea inferior a la de los suelos adyacentes.
  6. Las partículas de carbón vegetal (biocarbón) y de cerámica presentan una alta superficie específica por unidad de volumen que facilita la retención y almacenamiento de agua, nutrientes y moléculas orgánicas.
  7. Mayor cohesión y estructura del suelo como consecuencia de la interacción entre los organismos del suelo (principalmente hongos) y las partículas originarias de suelo, el carbón vegetal y los restos cerámicos que reducen los efectos de la erosión hídrica o eólica, la lixiviación de nutrientes e favorecen la biodiversidad.

De hecho, existen suelos de características similares en África e Iberoamérica y no tendría que ser un problema importante poder crearlos de nuevo. ¿no?.

MEJORA DE LA FERTILIDAD DE SUELOS A TRAVES DEL BIOCARBON Y LA MATERIA ORGANICA.

La idea de crear suelos mejorados, fértiles y sostenibles, mediante el antiguo conocimiento desarrollado para los suelos “terra preta do indio” parece interesante, pero ¿Cómo hacemos para crear suelos agrícolas fértiles, productivos y sostenibles que, además, sean importantes sumideros de carbono? Puesto que, necesariamente, va a ser un proceso que se va a extender en el tiempo, lo primero que hay que hacer es definir que indicadores son los que nos van a informar sobre si estamos realizando de manera correcta la mejora del suelo y que características debe tener el suelo al “finalizar” el proceso de transformación del suelo.

Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC).

La Capacidad de Intercambio catiónico es una propiedad química del suelo muy vinculada a su fertilidad que depende del contenido de coloides inorgánicos (arcillas cristalinas, geles amorfos, óxidos y sesquióxidos de hierro y aluminio) y del contenido de materia orgánica. La mayoría de los suelos tienen CIC permanente y otra que varía con el pH (Krull et al., 2004), observándose un aumento de la CIC con el pH, por lo que la CIC total se mide a pH 8,2 (Tan y Dowling, 1984). Se considera que la CIC permanente proviene de la fracción arcilla, mientras que la CIC variable depende de las sustancias húmicas.

Carbono orgánico del suelo (COS)

El carbono orgánico del suelo (COS) se relaciona con la sustentabilidad de los sistemas agrícolas (agroecosistemas) afectando las propiedades del suelo relacionadas con el rendimiento sostenido de los cultivos. También se vincula con la cantidad y disponibilidad de nutrientes ya que puede modificar la acidez y la alcalinidad hacia valores cercanos a la neutralidad e incrementar la disponibilidad de diferentes nutrientes necesarios para la comunidad biológica que depende del suelo. Por otro lado, el carbono orgánico del suelo genera coloides de alta capacidad de intercambio catiónico (CIC). Además, su efecto en las propiedades físicas se manifiesta mediante la modificación de la estructura y la distribución del espacio poroso del suelo.

El carbono orgánico es esencial para la actividad biológica del suelo. En primer lugar, proporciona recursos energéticos a los organismos del suelo, mayoritariamente heterótrofos (consumidores de materia orgánica), en forma de carbono lábil (hidratos de carbono o compuestos orgánicos de bajo peso molecular) (Borie et al., 1999). En segundo lugar, la descomposición de los residuos orgánicos aumenta la disponibilidad de muchos elementos utilizados por las plantas. Finalmente, los organismos del suelo participan en la formación y estabilización de la estructura y porosidad del suelo (Singer y Munns, 1996, y Krull et al., 2004).

Carbón pirolítico (CP).

La denominación como carbón pirolítico se corresponde con su forma de generación mediante pirólisis de materia orgánica en condiciones de baja oxigenación. Otras denominaciones son las de biocarbón (en español), biochar (en inglés) o carbón vegetal, este último referido a un proceso “tradicional” de producción de combustible a partir de residuos vegetales (restos de poda y cosecha) para su utilización en los meses invernales.

Existen numerosas referencias sobre las ventajas de la utilización de carbón pirolítico (CP) aplicado a muy diferentes tipos de suelos, climas y para la producción de una amplia variedad de cultivos (Glaser et al. 2002; Chan et al. 2008; Major et al. 2010). En estos trabajos se demostró que su aplicación mejora las características físicas y químicas del suelo, aumentando la retención de los nutrientes y favoreciendo la disponibilidad de estos para las plantas. También describen cambios taxonómicos en las comunidades de microorganismos y estimulación de la actividad microbiana del suelo en relación con la presencia de biocarbón, así como el importante papel de algunos de los microorganismos (Trichoderma spp, …) y abonos orgánicos en la promoción del crecimiento vegetal e inducción de resistencia sistémica.

Organismos del suelo (OS).

La comunidad biológica que habita en el suelo (bacterias, hongos, lombrices, hormigas, …) y sobre el suelo (plantas y animales) tiene un importante papel sobre su productividad agrícola.

La incorporación de carbón pirolítico (biocarbón) al suelo induce el desarrollo de una mayor diversidad de microorganismos (Pietikäinen et al, 2000; Liang et al. 2010). La respiración basal del suelo unida a una mayor diversidad y crecimiento de las poblaciones de bacterias aumentó en suelos tratados con carbón pirolítico en varios estudios (Steiner et al. 2004; Steiner et al. 2008; Major et al 2009; O’Neill et al. 2009). Por otra parte, el gran número de poros del carbón pirolítico constituyó un hábitat de calidad que facilitó la colonización por micorrizas (Matsubara et al. 1995; Steiner et al. 2004; Warnock et al. 2007), hongos que se asocian a las plantas y mejoran su absorción de nutrientes. Otros microorganismos beneficiosos para los cultivos, como Rhizobium spp. (Beck, 1991; Rondon et al, 2006) Trichoderma spp. (Elad et al. 2010; Graber et al. 2010) y otras bacterias implicadas en la promoción del crecimiento e inducción de resistencia (como los actomicetos, entre otras especies) (Graber et al. 2010; Kolton et al. 2011), también se vieron favorecidos por la aplicación de carbón pirolítico.

Entre otras prácticas agrícolas, típicas de la agricultura orgánica o ecológica, disponemos de la asociación y rotación de cultivos. Los exudados de los cultivos y la presencia de diferentes especies cultivadas asociadas tienen efectos significativos sobre la salud vegetal de los propios cultivos, con efectos repelentes o disuasorios sobre una amplia variedad de plagas y enfermedades y efectos atrayentes o simbióticos sobre multitud de microorganismos beneficiosos.

El mantenimiento de los residuos de cosecha facilita la acumulación de carbono orgánico en el suelo. Los materiales orgánicos de hojas, tallos y raíces aportan recursos alimenticios a multitud de organismos del suelo que pueden transformarlos en formas mas estables de carbono orgánico como el humus (Martínez, E. et al. 2008). Lo mismo se puede decir de la incorporación de abonos de origen animal, aunque su composición puede generar efectos diferentes con respecto a los residuos vegetales para iguales tasas de incorporación (Krull et al. 2004).

La aportación de restos cerámicos reduce la densidad aparente del suelo, facilita la colonización por parte de organismos beneficiosos y la retención de nutrientes (Velasquez et al, 2015). Esto se debe al incremento de la porosidad que supone la incorporación de estos materiales que, en muchos casos, es mayor que la que pueden presentar otros agregados y coloides del suelo.

Estrategia de mejora.

Conforme al modelo de suelo “terra preta” se propone a continuación una serie procedimientos de mejora para generar o, incluso, regenerar suelos y hacerlos más sostenibles. La estrategia de mejora propuesta incorpora los siguientes elementos:

  • Aplicación de enmiendas orgánicas
    • Carbón pirolítico, generado a partir de residuos o cultivos que no incrementen la producción de gases de efecto invernadero, además de procesos con baja huella de carbono.
    • Residuos orgánicos (animales y/o vegetales) que incluyen:
      • Estiércoles y purines
      • Restos vegetales
      • Residuos del procesado de alimentos
      • Abonos verdes.
      • Aguas residuales, ….
  • Aplicación de enmiendas inorgánicas.
    • Dependiendo de la textura del suelo, incorporación de materiales cerámicos con alta relación entre su superficie específica y volumen.
    • Agentes dispersantes (yesos, materiales alcalinos o ácidos, …) para facilitar la incorporación de materia orgánica y el desarrollo de biomasa. Sólo en el caso de suelos degradados o enfermos.
  • Fomento de la actividad biológica y microbiológica.
    • Incremento de la disponibilidad de nutrientes, tanto para los microorganismos del suelo como para las plantas y otros organismos (lombrices, termitas, ganado, …). Esto incluye desde la aportación de fertilizantes hasta la aplicación de diversos tipos de fitoestimulantes o fertimejorantes.
    • Mantenimiento y conservación de la estructura del suelo, mediante el uso de prácticas agrícolas que la preserven (no laboreo, laboreo mínimo, …).
    • Inoculación, en su caso, de microorganismos beneficiosos para el desarrollo de los cultivos. Sólo en el caso de suelos degradados o enfermos.

Para saber si realmente se ha acertado en la elección de la estrategia de mejora del suelo y, en todo caso, observando un intervalo de tiempo para notar los efectos, debe prestarse atención a lo siguiente:

  1. Incremento significativo del contenido de carbono del suelo, tanto de carbono de degradación lenta como de otro tipo.
  2. Desarrollo, importante y saludable, de una comunidad de microorganismos útiles que se beneficia de los recursos del suelo.
  3. Expulsión de los microorganismos nocivos o potencialmente patógenos menos competitivos
  4. Mejora de la productividad y calidad de los cultivos o de la productividad y salud del ganado usuario del suelo.
  5. Aumento de la cantidad de nutrientes orgánicos e inorgánicos del suelo, unido a una disminución de los procesos de lixiviación y erosión hídrica y eólica.
  6. Reducción de la incidencia de fisiopatías, plagas y enfermedades sobre cultivos y ganado.
  7. Adecuado reparto del uso del suelo entre la fauna y flora silvestre y el ser humano, para un continuo mantenimiento de la sostenibilidad del agroecosistema. El reparto adecuado se produce cuando los indicadores anteriores presentan valores razonables que informan sobre la sostenibilidad del agroecosistema.

REFERENCIAS.

BIBLIOGRAFIA:

Abenza, D. (2012). Evaluación de efectos de varios tipos de biochar en suelo y planta. Tesis doctoral: Bellaterra (Barcelona). Universidad Autónoma de Barcelona.

Beck, DP. (1991). Suitability of charcoal-amended mineral soil as carrier for Rhizobium inoculants. Soil Biology and Biochemistry 23(1):41-44.

Borie, G., Aguilera, S.M., Peirano, P. (1999). Actividad biológica en suelos. Frontera Agrícola. 5, 29-32.

Chan, KY; Zwiten, LV; Meszaros, I; Downie, A; Joseph, S. (2008). Using poultry litter biochars as soil amendments. Australian Journal of Soil Research, 46. 437-444.

Elad, Y; David, DR; Harel, YM; Borenshtein; M; Kalifa, HB; Silber, A; Graber, ER (2010). Induction of systemic resistance in plants by biochars, a soil-applied carbon sequestering agent. Phytopathology 100 (9): 913-921.

Escalante Rebolledo, A., G. Peréz López, C. Hidalgo Moreno, J. López Collado, J. Campo Alves, E. Valtierra Pacheco y J.D. Etchevers Barra (2016). Biocarbón (biochar) I: Naturaleza, historia, fabricación y uso en el suelo. Terra latinoamericana 34: 367-382.

Glaser B, Woods WI (2004). Amazonian dark earths: explorations in space and time. Berlin. Springer.

Glaser, B; Lehmann, J; Zech, W. (2002). Ameliorating physical and chemical properties of highly weathered soils in the tropics with charcoal – a review. Biology and Fertility of Soils, 35(4): 219-230.

Graber, ER; Meller Harel, Y; Kolton, M; Cytryn, E; Silber, A; Rav David, D; Tsechansky, L; Borenshtein, M.; Elad, Y. (2010). Biochar impact on development and Productivity of pepper an tomato grown in fertigated soilless media. Plant and Soil 337 (1-2):481-496.

Héureux J. (2012). Efecto del biocarbón combinado con fertilizantes orgánicos y microorganismos benéficos sobre el desarrollo, productividad y resistencia de las plantas. Tesis doctoral. Turrialba (Costa Rica).

Kolton, M; Harel, YM; Pasternak, Z; Graber, ER; Elad, Y; Cytryn, E. (2011). Impact of biochar application to soil on the root-associated bacterial community structure of fully developed greenhouse pepper plants. Applied and Environmental Microbiology 77(14):4924-4930.

Krull, E. S., Skjemstad, J. O., Baldock J. A., (2004). Functions of soil organic matter and the effect on soil properties. Grains Research & Development Corporation report Project No CSO 00029.

Lehmann J, Joseph S (2009). Biochar for Environmental Management: Science and Technology. Earthscan Publications Ltd, London.

Lehmann J, Joseph S (2015) Biochar for Environmental Management: Science and Technology. Second ed. Earthscan Publications Ltd, London.

Liang, B; Lehmann, J; Sohi, SP; Thies, JE; O’Neill, B; Trujillo, L; Gaunt, J; Solomon, D; Grossman, J; Neves, EG; Luizão, FJ. (2010). Black carbon affects the cycling of non-black carbon in soil. Organic Geochemistry 41(2):206-213.

Major, J; Rondon, M; Molina, D; Riha, SJ; Lehmann, J. (2010). Maize yield and nutrition during 4 years after biochar application to a Colombian savanna oxisol. Plant and Soil 333 (1-2). 117-128.

Martínez E., Fuentes J.P., Acevedo, E. (2008). Carbono orgánico y propiedades del suelo. Revista de la ciencia del suelo y nutrición vegetal, 8(1), 68-96.

Matsubara, Y; Hasegawa, N; Fukui, H. (2002). Incidence of Fusarium root rot in Asparagus seedlings infected with arbuscular mycorrhizal fungus as affected by several soil amendments. Japanese Society for Horticultural Science 71(3):370-374.

Pietikäinen, J; Kiikkilä, O; Fritze, H. (2000). Charcoal as a habitat for microbes and its effect on the microbial community of the underlying humus. Oikos 89(2):231-242.

Rondon, MA; Lehmann, J; Ramírez, J; Hurtado, M. (2006). Biological nitrogen fixation by common beans (Phaseolus vulgaris L.) increases with bio-char additions. Biology and Fertility of Soils 43(6):699-708.

Singer, M.J.; Munns, D.N. (1996). Soils: An introduction. Third edition. Prentice Hall, Inc. New Jersey. 480 p.

Smith NJH (1980) Anthrosols and human carrying capacity in Amazonia. Ann Assoc Am Geogr 70:553–566

Steiner, C; Rodrigues de Arruda, M; Teixeira, WG; Zech, W. (2008). Soil respiration curves as soil fertility indicators in perennial central Amazonian plantations treated with charcoal, and mineral or organic fertilisers. Tropical Science:13 p.

Steiner, C; Teixeira, WG; Lehmann, J; Zech, W. (2004). Microbial response to charcoal amendments of highly weathered soils and Amazonian Dark Earths in Central Amazonia In Glaser, B; Woods, WI. eds. 2004. Amazonian Dark Earth: explorations in space and time. Heidelberg, Springer Verlag. 195-212 p.

Tan, K. H., Dowling, P. S., (1984). Effect of organic matter on CEC due to permanent and variable charges in selected temperate region soils. Geoderma 32, 89-101.

Velasquez, E., Tapia, S., da Silva, E.; Peña, C., Pucci, P., Cunha, L., Brown, G. G., Terra Preta de Indio Network (2015) Terra Preta do Indio, descubriendo sus misterios a través de la morfología del suelo. In: Encontro latinoamericano de ecología e taxonomía de oligoquetas, 5; Simposio Engenhieiros edáficos, Fertilidade do solo e Terra Preta do Indio (TPI), 2015, Curitiba, Anais [S.I.]. Federação brasileira de plantio direto e irrigação, 2015.

Villalobos Araya, M. (coord.), Villagra Mendoza, K. (2015) Modelado de procesos de infiltración en suelos con sustratos Terra Preta”. In: Vicerrectoría de Investigación y Extensión. Instituto tecnológico de Costa Rica. Turrialba. Costa Rica.

Warnock, D; Lehmann, J; Kuyper, T; Rillig, M. (2007). Mycorrhizal responses to biochar in soil – concepts and mechanisms. Plant and Soil 300(1):9-20.


 

Salud Vegetal: Prevención, mantenimiento y gestion.

Proteger a las plantas frente a daños, plagas y enfermedades o apoyar sus defensas naturales. ¿Cuál es la mejor opción?

La salud vegetal es aquel estado de bienestar biológico de una planta que le permite la expresión de su máximo potencial productivo y reproductivo y no meramente la ausencia de daño o enfermedad.

En el caso de las plantas cultivadas, la protección de la salud vegetal se puede entender como el uso de una o varias estrategias orientadas a evitar o reducir los daños al cultivo y a protegerlo de plagas, enfermedades o, incluso, algunas deficiencias nutricionales.

A lo largo de su evolución, las plantas, tanto cultivadas como silvestres, han adoptado diferentes mecanismos para protegerse de condiciones ambientales desfavorables, con mayor o menor éxito.

En el caso de las plantas cultivadas, la adopción de mecanismos de protección frente a condiciones ambientales adversas ha estado condicionada por la acción de mejora vegetal dirigida por el ser humano.

La mejora vegetal ha provocado cambios en algunos de los mecanismos de protección innatos que existían en los precursores silvestres (sustancias antinutricionales, tóxicos, espinas, aromas,…) eliminando, transformando o potenciando a algunos de ellos. Favorecer o no los mecanismos de autoprotección de las plantas cultivadas ha dependido de hasta qué punto favorecían o no los intereses de los seres humanos.

El altramuz (Lupinus mutabilis) es un ejemplo de cultivo que contiene una sustancia poco apetecible para los organismos fitófagos y que se ha conservado porque facilitaba el mantenimiento de un buen estado de salud vegetal. La presencia de esta sustancia en la cosecha no perjudicaba en exceso a su uso ya que  podía eliminarse fácilmente mediante la acción del calor para hacerlo apto para consumo humano y ganadero. Por otra parte, este mismo cultivo también es un ejemplo de como la mejora vegetal puede eliminar las sustancias que favorecen la salud vegetal simplemente para  favorecer los intereses humanos. Existen cultivares mutantes de esta especie, conocidos como altramuces dulces, donde se ha eliminado o reducido  el contenido de estas sustancias para evitar someter a las semillas a la acción del calor y disponer directamente de la cosecha para uso. El cultivar mutante se ha hecho más sensible al ataque de plagas y enfermedades, pero ahora es más fácil utilizarlo.

La salud vegetal de las plantas cultivadas no solo está condicionada por la mejora vegetal, sino que también tiene mucho que ver con el manejo que el ser humano realiza del cultivo. La utilización de herbicidas, plaguicidas, fertilizantes o fertimejorantes, tanto químicos de síntesis como de origen orgánico, es una forma de sustitución de los mecanismos innatos que las plantas cultivadas tienen para mantenerse en buen estado de salud frente a condiciones ambientales adversas de todo tipo. Muchos de estos productos químicos que utilizamos para proteger a los cultivos, acaban sustituyendo o evitando la aparición de mecanismos innatos de autodefensa. La utilización de cultivos transgénicos que incorporan en su código genético la producción de sustancias para mejorar su competencia frente a otras plantas o frente a plagas y enfermedades es solo un paso más en esta sustitución o anticipación a la acción de la mejora “convencional”. El código genético introducido de manera artificial en las plantas transgénicas, generalmente tendrá por objetivo preservar la salud vegetal introduciendo una o varias “armas” bioquímicas nuevas para la autoprotección del cultivo.

ESTRATEGIAS DE DEFENSA CONTRA CONDICIONES AMBIENTALES ADVERSAS.

Desde el punto de vista de su mecanismo de acción, la defensa de las plantas  frente a condiciones ambientales adversas puede agruparse en las siguientes categorías:

  1. Defensa estructural o física.
  2. Defensa bioquímica.
  3. Defensa genética.
  4. Defensa cooperativa.

A diferencia de los animales, las plantas no disponen de células u órganos especializados en la defensa frente a diferentes plagas y enfermedades que les afectan. Puede parecer extraño que las plantas no hayan desarrollado un sistema de defensa similar al de los animales, pero si consideramos la fisiología vegetal y el coste que, en términos energéticos y de recursos propios, supone mantener un “ejercito” especializado en la defensa, tal vez se pueda entender porque las plantas han optado por otros sistemas de protección de su salud.

En lugar de una defensa especializada y en permanente movilización como la que tienen los animales, las plantas optan por una o varias estrategias de defensa que han sido validadas por la evolución en algunos casos y que en otros han sido seleccionadas, a propósito o por conveniencia, por el ser humano.

Algunas especies de plantas cultivadas, como la Chumbera o Nopal (Opuntia ficus-indica) han desarrollado, a lo largo de su evolución natural, una modificación de sus hojas para transformarlas en espinas con objeto de evitar su consumo por parte de los herbívoros y reducir la perdida de agua en su ambiente natural, árido o semiárido. Cuando el ser humano ha tratado de aprovechar a esta especie como cultivo de interés en alimentación animal y humana ha seleccionado variedades a su conveniencia. Por ejemplo, existen variedades en las que se han eliminado las espinas para facilitar el consumo por parte del ser humano (nopal verdura) o los animales. Hay que considerar que, desde el punto de vista energético, la presencia de espinas no supone ninguna ventaja especial para la planta, ya que no sirven para realizar la fotosíntesis y requieren de una serie de recursos materiales que podrían utilizarse, tal vez, de mejor forma en otros lugares.

En otros casos se busca ampliar el rango de cultivo disponible, seleccionando plantas que se adapten a condiciones poco favorables, sencillamente porque no hay mas terreno disponible. Algunos cultivares de plantas de Quinua (Chenopodium quinoa Wild.) se han seleccionado durante siglos para prosperar en suelos con problemas de salinidad debido a las muy particulares condiciones agroecológicas y sociales que restringían su expansión. Solo en tiempos recientes se está produciendo una expansión del cultivo hacia otras latitudes diferentes de su zona tradicional de cultivo y eso debido, casi exclusivamente, a una demanda mundial creciente que no era posible abastecer desde sus zonas de cultivo tradicional.

No siempre la mejora genética elimina o limita los mecanismos de autoprotección de las plantas cultivadas. Los antepasados silvestres del Hinojo (Foeniculum vulgare), presentan una protección bioquímica que se ha mantenido más o menos intacta y que, incluso, se ha potenciado en las variedades cultivadas para mantener unas determinadas cualidades organolépticas (aroma, sabor,…). La conservación de determinadas esencias y aromas en el Hinojo es suficiente como para disuadir a un grupo numeroso de plagas y enfermedades que si afectan a otras plantas hortícolas, pero que no tienen efecto sobre los seres humanos.


A veces la mejora genética incorpora los mecanismos de autoprotección de las plantas de manera artificial, ya sea introduciendo genes nuevos (transgenesis) o seleccionando mutaciones específicas. Los cultivares transgénicos de maíz son un claro ejemplo de como una modificación genética, en este caso artificial, permite soportar determinadas condiciones adversas. Existen cultivares de maíz que, presentan modificaciones en su ADN, tomadas de la bacteria bacillus thuringensis, para expresar proteínas que afectan a la alimentación y desarrollo de algunas larvas de insectos plaga.

Finalmente, algunas especies de plantas, cultivadas o silvestres, son capaces de pedir “cooperación” en la defensa o superación de condiciones adversas. El ataque de un insecto fitófago puede desencadenar la fabricación y liberación de atrayentes de depredadores en un claro ejemplo de cooperación en mutuo beneficio entre planta y animal que se conoce, desde un punto de vista técnico, como alelopatía. El hongo entomopatógeno Beauveria bassiana es capaz de introducirse en el interior de algunas especies de plantas cultivadas (Papaver sonniferum), con efectos muy limitados sobre su desarrollo, a la espera del ataque de algunos insectos plaga. Cuando el insecto plaga intenta alimentarse de la planta que contiene el hongo, consume también al propio hongo que despliega toda su virulencia en el interior del insecto, consumiéndolo desde el interior y destruyéndolo.

No todas las plantas emplean las mismas estrategias de defensa, ni de la misma forma o en todo momento. La opción de utilizar una estrategia, varias o ninguna, depende de si el factor biótico o abiótico está permanentemente en el medio, de si ha sido seleccionado por la evolución o la mejora vegetal o si se vuelve innecesario por el manejo que el ser humano hace del cultivo (plaguicidas, abonado, siembra, plantación, riego, …). En todo caso, el entender como las plantas cuentan con mecanismos de autoprotección frente a condiciones ambientales adversas puede ser muy interesante para dirigir y orientar las acciones de mejora vegetal en interés de los seres humanos.

MECANISMOS DE DEFENSA CONSTITUTIVOS E INDUCIDOS.

Las diferentes estrategias de defensa de las plantas que se han descrito hasta ahora son las opciones de que disponen las plantas, cultivadas o no, para defenderse de condiciones ambientales adversas. Sin embargo, hay que tener en cuenta que mantener un mecanismo de defensa de forma permanente puede ser costoso para la planta en términos de consumo de energía y recursos, siendo más habitual que este mecanismo de autoprotección se encuentre latente a la espera de su activación por alguna señal o ataque desde el entorno. En otras circunstancias, por conveniencia de la planta, los mecanismos de defensa se encuentran “activos” de manera permanente, ya que los beneficios de hacerlo así son superiores a los posibles inconvenientes para la planta en términos de recursos y energía. Piénsese en el caso de las espinas de las plantas de la familia de las Cactáceas, mecanismo de defensa permanente que, además de reducir la transpiración, disuade del consumo de la planta por parte de las especies herbívoras.

Hay muchos ejemplos de mecanismos de defensa que son permanentes o constitutivos de las plantas cultivadas. El Hinojo mantiene una serie de aromas y olores que repelen permanentemente el ataque de algunas plagas y enfermedades e, incluso, mejoran la competencia por el espacio frente a otras plantas. La Chumbera o Nopal, cuenta con espinas que disuaden del eventual consumo de la planta por parte de los herbívoros. El altramuz amargo, mantiene muchas sustancias antinutricionales que disuaden a muchas plagas y enfermedades. Algunas especies del genero Salvia exudan por sus raíces una serie de metabolitos (1,8 cineol y alcanfor) que inhiben el desarrollo de algunas plantas competidoras como la avena común o silvestre (Avena fatua) y otras especies de los géneros Bromus o Festuca o, visto desde otro punto de vista, favorecen la germinación de sus semillas frente a las de las plantas competidoras.

Ejemplo de defensa estructural inducida en la que se genera una capa de corcho entre las zonas sanas e infectadas de la hoja.
Figura 1: Ejemplo de defensa estructural inducida en la que se genera una capa de corcho entre las zonas sanas e infectadas de la hoja. CL=Capa de Corcho; H=Zona foliar sana; I= Zona foliar afectada; P=Felógeno

En cuanto a los mecanismos de defensa inducidos, también existen muchos ejemplos de respuesta de las plantas frente a agentes bióticos y abióticos. En algunos casos la voz de alarma la dan una serie de factores bióticos, procedentes de la propia planta o del huésped o abióticos como pueden ser la aparición de heridas, intoxicaciones, quemaduras, etc, actuando de una forma similar a como lo hacen los antígenos que desencadenan la respuesta inmunitaria en los animales. Es muy frecuente que la alarma se produzca por la acción de unos “mensajeros” bioquímicos, en algunos casos muy específicos, llamados elicitores que provocan la síntesis y acumulación de unas sustancias denominadas fitoalexinas en el huésped con objeto de detener su progreso a través de la planta o provocarle algún tipo de efecto adverso. En otras ocasiones, cuando se produce una herida o se rompe la pared celular de la célula vegetal, se ponen en contacto uno o varios enzimas con uno o varios substratos para fabricar una sustancia que tenga un efecto inhibidor o disuasorio frente al ataque de un agente patógeno, generalmente un insecto o una bacteria.

Como puede verse, la defensa de las plantas es muy flexible y, en algunos casos, incluso más compleja que la que pueden tener los animales. Existen múltiples combinaciones entre las diferentes estrategias de defensa y mecanismos de defensa que se han localizado en la bibliografía consultada.

Combinación de estrategias y mecanismos de defensa que aparecen en la bibliografía (elaboración propia).
Diagrama 2: Combinación de estrategias y mecanismos de defensa que aparecen en la bibliografía (elaboración propia).

Los plaguicidas, tanto orgánicos como de síntesis, se introducen y pueden llegar a sustituir los mecanismos de defensa innatos de las plantas, en la mayoría de los casos induciendo una estrategia de defensa bioquímica, pero sin potenciar o favorecer el despliegue de otras estrategias de defensa en muchas ocasiones. La utilización de rotaciones o combinaciones de cultivos, típica de la agricultura orgánica o ecológica pero también muy frecuente en la agricultura más convencional, es otra forma en que se pueden utilizar los mecanismos de defensa naturales de las plantas utilizando mecanismos de cooperación y mutua protección entre diferentes especies de plantas, aunque no sean simultáneos en el tiempo.

Si el objetivo es una agricultura más sostenible y sustentable, con mayores y mejores producciones de alimentos, entonces investigar y desarrollar productos para preservar y mantener la salud vegetal pasa por introducir, potenciar y preservar las diferentes estrategias de defensa presentes en las plantas cultivadas, ademas de desarrollar mecanismos específicos para su propia protección.

Las alternativas existen, solo hay que saber utilizarlas y potenciarlas.

Control alelopático de plagas y enfermedades de los cultivos

En las comunidades bióticas, muchas especies se regulan unas a otras por medio de la producción y liberación de repelentes, atrayentes, estimulantes e inhibidores químicos. La alelopatía se ocupa de las interacciones químicas planta-planta (alelopatías) y planta – organismo (aleloquimias), ya sean estas perjudiciales o benéficas.

La alelopatía es pues, el fenómeno que implica la inhibición directa de una especie por otra, ya sea vegetal o animal, usando sustancias tóxicas o repelentes.

El efecto alelopático de una planta sobre otro organismo no es total para bien o para mal, sino que está regido por manifestaciones de mayor o menor grado según sean las características de los organismos involucrados. Sin embargo, el potencial de productos naturales que pueden ser usados por sus propiedades biológicas particulares como herbicidas, plaguicidas, antibióticos, inhibidores o estimulantes del crecimiento, etc., es prácticamente inagotable.

Se pueden distinguir tres formas en las que se puede aprovechar la alelopatía para el control de plagas y enfermedades en los cultivos:

  • Plantas acompañantes.
  • Plantas protectoras.
  • Plantas trampa.

Plantas acompañantes.

Las plantas acompañantes son aquellas que proporcionan un beneficio mutuo a otras plantas dentro del cultivo. La asociación puede ser beneficiosa en muy diferentes formas, influyendo desde la germinación, crecimiento y desarrollo de la planta hasta el sabor y aroma final del cultivo. Para que su acción beneficiosa tenga lugar deben sembrarse o plantarse próximas al cultivo o cultivos que se pretende beneficiar.

Plantas con efecto alelopático positivo
Tabla 1: Plantas acompañantes con efecto alelopático positivo

Plantas protectoras.

Las plantas protectoras son aquellas que mantienen alejadas a las plagas y enfermedades del cultivo. Pueden sembrarse entre el cultivo, protegiendo a unas plantas en concreto o bordeando el terreno de cultivo a modo de barrera protectora. En algún caso su efecto como repelente puede alcanzar hasta los diez metros de distancia.

Control alelopático por protección o repulsión.
Tabla 2: Plantas que realizan un control alelopático por su actividad protectora o repelente

Plantas trampa.

Una planta trampa atrae a los insectos perjudiciales para cultivo y los mantiene alejados. Pueden plantarse en el perímetro del terreno de cultivo o bien en forma intercalada.

Las plantas trampa pueden utilizarse de tres formas:

  • Atrayendo a la plaga en los momentos clave de su ciclo de vida para destruirlos antes de que puedan completar su ciclo o migrar hacia los cultivos.
  • Desorientando a la plaga para que le sea difícil llegar hasta los cultivos a proteger.
  • Atrayendo a los depredadores o parásitos de las plagas que atacan el cultivo.

Control alelopático por efecto trampa o desorientador
Tabla 3: Plantas para un control alelopático de plagas y enfermedades del cultivo por efecto trampa o desorientador

TABLA 3